Український державний лісотехнічний університет

Маєвський Володимир Олександрович

УДК 674.093:674.023

Вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини на пилопродукцію

Спеціальність 05.05.07 – машини та процеси лісівничого комплексу

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів – 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному лісотехнічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Мацюк Роман Іванович,

Український державний лісотехнічний університет,

професор кафедри технології деревообробки і захисту деревини

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент

Бехта Павло Антонович,

Український державний лісотехнічний університет,

завідувач кафедри хімічної технології переробки деревини

і безпеки життєдіяльності

кандидат технічних наук, доцент

Пишник Ігор Михайлович,

Спільне українсько-чеське підприємство “Ройєк-Львів”,

директор

Провідна установа: Національний аграрний університет Кабінету Міністрів

України, кафедра механізації лісогосподарських робіт та

лісоексплуатації, м. Київ

Захист відбудеться 22.12.2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д35.072.03 в Українському державному лісотехнічному університеті, 79057, м.Львів-57, вул. ген.Чупринки,103.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету, 79057, м.Львів-57, вул. ген.Чупринки,101.

Автореферат розісланий 21.11.2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ___________________Прокопович Б.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Перспектива розвитку деревообробної галузі в Україні зумовлює вирішення ряду важливих задач щодо раціонального використання деревини. Одним із основних шляхів забезпечення раціонального використання деревини є вдосконалення існуючих або створення нових технологій розкрою пиловочної сировини на пилопродукцію. Це питання є особливо актуальним в умовах зростання дефіциту сировинних ресурсів з одного боку та обмеженості їх запасів і нових вимог до якості виготовленої із них пилопродукції - з іншого.

Завдяки своїм фізико-механічним і технологічним властивостям та своєрідній текстурі букова деревина широко використовується в різних галузях народного господарства. Характерною особливістю букової деревини є наявність несправжнього ядра. Існуюча на вітчизняних деревообробних підприємствах технологія розкрою букової пиловочної сировини на пилопродукцію не враховує наявності несправжнього ядра, що призводить до утворення великої кількості відходів та нераціонального використання деревини під час виробництва пилопродукції, в якій несправжнє ядро не допускається. Слід зазначити, що останнім часом значно зросла кількість контрактів вітчизняних підприємств із закордонними споживачами на постачання букової пилопродукції, більшість з яких передбачає також додаткову умову про недопустимість (або малу долю) несправжнього ядра в пилопродукції. Оцінка ефективності використання пиловочної сировини за прийнятою технологією її розкрою проводиться за основним показником - виходом специфікаційної пилопродукції. Тому теоретичні та експериментальні дослідження і практичні рекомендації для вдосконалення існуючих або створення нових технологій розкрою букової пиловочної сировини на пилопродукцію, з врахуванням несправжнього ядра, та прогнозування виходу пилопродукції є актуальними та мають важливе народногосподарське значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є складовою частиною науково-дослідної роботи "Наукові основи підвищення виходу і якості пилопродукції твердих листяних порід та створення композиційних матеріалів з нетрадиційних видів сировини", яка виконується на кафедрі технології деревообробки і захисту деревини у відповідності із основними напрямками наукової діяльності Українського державного лісотехнічного університету.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є - вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра та прогнозування специфікаційного виходу цих заготовок.

Для досягнення поставленої в роботі мети вирішені такі задачі:

·

·

·

· встановлено залежність коефіцієнта якості від розмірно-якісної характеристики букової пиловочної сировини і заготовок та місцеположення дошки в поставі;

· розроблено оптимізаційну модель розкрою букової пиловочної сировини на заготовки та алгоритми і пакет комп'ютерних програм для рішення задачі оптимізації;

· розроблено практичні рекомендації для вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра.

Вимоги до якості заготовок без несправжнього ядра - не нижче 1-го сорту чинного стандарту на заготовки листяних порід.

Об'єкт дослідження – розкрій букової пиловочної сировини.

Предмет дослідження – технологічний процес розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра та специфікаційний вихід цих заготовок.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі використані методи: математичної статистики – для дослідження розмірно-якісної характеристики заготовок і пиловочної сировини, встановлення кореляційних залежностей та обробки результатів досліджень; математичної теорії планування експериментів – для встановлення регресійних залежностей та їх аналізу; математичного програмування – для рішення задачі оптимізації розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра і прогнозування виходу цих заготовок.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше розроблено математичну модель для складання та розрахунку однопрохідних та двопрохідних поставів з використанням методу повного перебору. Отримано математичну модель розкрою колод розвально-сегментним способом з врахуванням подальшого розпилювання отриманих дошок на заготовки. Встановлено залежність коефіцієнта якості, який враховує відходи деревини через невідповідність якості пиловочної сировини, дошок та заготовок від розмірно-якісної характеристики букової пиловочної сировини і заготовок, та місцеположення дошки в поставі для прогнозування виходу заготовок без несправжнього ядра. Розроблено оптимізаційну модель розкрою букової пиловочної сировини на заготовки, яка дозволяє покращити техніко-економічні показники процесу виробництва заготовок без несправжнього ядра.

Практичне значення одержаних результатів. Встановлені розмірно-якісна характеристика букової пиловочної сировини та закономірності поширення несправжнього ядра в букових колодах дозволяють ефективніше планувати та проводити раціональний розкрій букової пиловочної сировини на пилопродукцію. Обгрунтовано способи розкрою пиловочної сировини і дошок та проведено аналіз факторів, які впливають на вихід заготовок з пиловочної сировини, що дозволяє виявити практичні шляхи забезпечення раціонального розкрою пиловочної сировини на пилопродукцію. Розроблені алгоритми і пакет комп'ютерних програм можна використати для рішення задачі оптимізації розкрою букової пиловочної сировини на заготовки. Вдосконалено технологію розкрою букової пиловочної сировини із врахуванням несправжнього ядра на заготовки, застосування якої дозволяє підвищити об'ємний вихід заготовок без несправжнього ядра на 0,5…2 %. За результатами досліджень проведено вдосконалення технологічного процесу розкрою твердолистяної пиловочної сировини на заготовки високої якості на Клеваньській ДОФ ДЛГО "Рівнеліс" (Акт від 20.01.2000 р.). Результати роботи використано в навчальному процесі УкрДЛТУ (дисципліна "Технологія лісопиляльно-деревообробних виробництв", акт від 11.05.2000 р.).

Особистий внесок здобувача. У працях, які написані у співавторстві, здобувачеві належить: [2,7] - розробка математичної моделі розкрою колод розвально-сегментним способом; [3] – розробка принципів організації лісопильно-розкрійних потоків розпилювання букової пиловочної сировини; [4] - розробка оптимізаційної моделі розкрою букових колод на заготовки; [5] - дослідження розпилювання необрізних та однобічно-обрізних дошок на заготовки без несправжнього ядра, обробка результатів, розробка технології розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра; [6] - розробка алгоритму складання та розрахунку поставів для розвально-сегментного способу розкрою колод з використанням методу повного перебору; [8] – розробка математичної моделі складання та розрахунку розвальних і розвально-сеґментних поставів з використанням методу повного перебору.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідались та обговорювались на: міжнародній науково-технічній конференції "Лес – экология и ресурсы" (Республіка Білорусь, м. Мінськ, 1998 р.); міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми деревообробки на рубежі XXI століття: наука, освіта, технології" (м. Львів, 1999 р.); міжнародній конференції і виставці "Лес-2000" (Російська Федерація, м. Брянськ, 2000 р.); щорічних науково-технічних конференціях викладачів, аспірантів та співробітників Українського державного лісотехнічного університету (Львів, 1996-1999 р.р.); наукових семінарах кафедри технології лісопильно-деревообробних виробництв та кафедри технології деревообробки і захисту деревини (УкрДЛТУ, 1997-1999 р.р.).

Публікації. Основні результати роботи опубліковано в 8 наукових працях.

Структура і об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 282 сторінках (загальний обсяг дисертації), в тому числі 137 сторінок основного тексту, включає 30 рисунків, 11 таблиць, 24 додатки та 138 найменувань використаних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику дисертації. Обгрунтовано актуальність теми, визначено мету і задачі досліджень. Викладено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі узагальнено дані про лісосировинні ресурси та напрямки використання деревини бука в народному господарстві України. Наведена розмірно-якісна характеристика меблевих заготовок. Проаналізовані основні роботи, які стосуються теорії та практики розкрою пиловочної сировини на пилопродукцію. Особлива увага звернена на наукові роботи, які пов'язані з дослідженням розкрою букової пиловочної сировини на пилопродукцію (Худін К.С., Демченко К.В., Чантурія Г.І., Губеладзе Г.А., Хрузік Г. та ін.).

Проведений аналіз робіт щодо обгрунтування та вибору способів розкрою пиловочної сировини і дошок засвідчив, що найбільш реальними і ефективними для вітчизняних деревообробних підприємств у виробництві дошок є розвальний та розвально-сеґментний, а заготовок – поперечно-поздовжній (поперечно-поздовжньо-поперечний) способи розкрою.

Виконано аналіз технологічних процесів, які використовуються на вітчизняних деревообробних підприємствах, для розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра.

На основі аналізу сучасного стану питання обгрунтовано необхідність дослідження технології розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра і прогнозування виходу цих заготовок.

У другому розділі на основі викладеної методики дослідження подана розмірно-якісна характеристика букової пиловочної сировини, проведено аналіз факторів, які впливають на вихід заготовок з пиловочної сировини та наведено математичні моделі для рішення задачі раціонального розкрою пиловочної сировини на пилопродукцію.

Для встановлення розмірно–якісної характеристики букової пиловочної сировини проведений перебір і паспортизація букових колод на Мукачівському і Довжанському лісокомбінатах, КАТО "Карпати" (Закарпатська область), лісокомбінаті "Осмолода" (Івано-Франківська область) та на Клеванській ДОФ (Рівненська область). Встановлено, що на розпилювання поступають букові колоди діаметром від 14 до 94 см та довжиною від 3,0 до 7,0 м. Основна маса колод - діаметром від 24 до 64 см (біля 83%) та довжиною 3; 6 та 6,5 м (біля 78%).

Середня збіжність (зміна діаметра за довжиною колоди) букових колод залежно від вершинного діаметра колоди , описується виразом

. (1)

Основними сортовизначальними вадами букової пиловочної сировини у відповідності з чинним стандартом є: сучки, питома вага яких для різних груп діаметрів коливається в межах від 34,1 до 58,5 %; гнилизна ядрова –до 42,4 %; кривизна – від 2,0 до 42,1 %; тріщини – від 2,3 до 18,1 %; питома вага інших вад є незначною.

За результатами проведених досліджень щодо наявності, розмірів та характеру поширення несправжнього ядра встановлено, що понад 77 % букових колод мають несправжнє ядро, причому у близько 8 % колод діаметр несправжнього ядра у вершинному торці більший ніж у відземковому, а у близько 9 % колод несправжнє ядро виходить лише на один торець. Середній діаметр несправжнього ядра залежно від вершинного діаметра колоди, описується виразом

. (2)

Середня збіжність несправжнього ядра залежно від його середнього діаметра , описується виразом

. (3)

Вирішення задачі раціонального розкрою пиловочної сировини на пилопродукцію розглядається як низка взаємопов'язаних частинних задач, рішення яких дозволить знайти оптимальний або близький до нього варіант. До таких взаємопов'язаних частинних задач віднесено: вибір та обгрунтування способів розкрою пиловочної сировини та дошок; аналіз факторів, які впливають на коефіцієнт виходу заготовок і його розрахунок; складання та розрахунок поставів і формування карт розкрою дошок; оптимізація розкрою пиловочної сировини.

Загальний коефіцієнт виходу заготовок з пиловочної сировини можна представити у вигляді

(4)

де ,,,,– коефіцієнти, які враховують відходи деревини відповідно: в обаполі; в тирсу в процесі розкрою колод на дошки; в обаполі і короткі відрізки під час розкрою колод з кривизною, еліптичністю; в обаполі і короткі відрізки від зміщення колоди відносно осі поставу; - коефіцієнт, який враховує безповоротні втрати деревини; ,,,,– коефіцієнти, які враховують відходи деревини відповідно: від некратності розмірів заготовок за довжиною, за шириною; у збіжні рейки; в обзельні рейки; в тирсу під час поперечного розкрою дошок на заготовки; в тирсу під час поздовжнього розкрою дошок на заготовки; – коефіцієнт, який враховує втрати деревини під час розкрою дошок з кривизною; – коефіцієнт, який враховує відходи деревини за умови вирізання несправжнього ядра; – коефіцієнт якості, який враховує відходи деревини через невідповідність якості пиловочної сировини, дошок та заготовок; – кількість дошок, які випилюються з колоди; – питома вага -тих дошок в об'ємі всіх дошок з колоди.

В роботі запропоновані формули для аналітичного визначення значень коефіцієнтів для розвального та розвально-сегментного способів розкрою. Для визначення значення коефіцієнта необхідно провести експериментальні дослідження, оскільки наявність та поширення вад у колодах, пиломатеріалах і заготовках залежить від багатьох біологічних та технологічних факторів, які слід розцінювати як випадкові величини, і неможливо наперед передбачити.

Для рішення частинних задач щодо розкрою колод розвально-сегментним способом, складання і розрахунку поставів та оптимізації розкрою пиловочної сировини розроблено відповідні математичні моделі.

Математична модель розкрою колод розвально-сегментним способом. Розкрій колод розвально-сеґментним способом розглянуто як двоетапну задачу. На 1-му етапі розглянуто розкрій колод врозвал на необрізні дошки та два сеґменти, а на 2-му - розкрій сеґментів на однобічно-обрізні дошки (рис.1). Для моделювання розкрою колод на 1-му та 2-му проходах використано деякі розрахунки, отримані Аксьоновим П.П.

Форма колоди для випилювання сеґментів та їх розкрою прийнята за зрізаний параболоїд обертання. Ширина однобічно-обрізної дошки описується співвідношенням

, (5)

де , - довжина та діаметр колоди у відземковому торці; - відстань від вершинного торця до поперечного перетину, в якому визначається ширина однобічно-обрізної дошки; , () - відстань від осі колоди до пласті відповідно: однобічно-обрізної дошки; сегмента; – ширина пропилу.

Ширина зовнішньої пласті однобічно-обрізної дошки у вершинному торці, для умови виробництва заготовок, повинна бути рівною або більшою за ширину заготовки. Якщо дана умова не виконується, то дошку слід вкорочувати. Для визначення довжини вкороченої дошки запропоновано формулу

, (6)

де - найменша (допустима) ширина однобічно-обрізної дошки; - всихання деревини за шириною дошки.

Встановлено, що граничне охоплення поставом сеґмента на 2-му проході визначається залежністю

, (7)

де - найменша (допустима) довжина однобічно-обрізної дошки.

Математична модель складання та розрахунку поставів для однопрохідних і двопрохідних способів розкрою представлена у вигляді алгоритму послідовності розрахунків.

Перший етап процесу складання та розрахунку поставів - формування масиву можливих товщин пиломатеріалів (разом з припусками на всихання) і їх сортування за спаданням (t1+Вс1 >t2+Вс2 >t3+Вс3 >...>tn+Всn). Другий етап - перебір всіх можливих варіантів і вибір тих варіантів, які відповідають прийнятим обмеженням.

Процес складання та розрахунку поставів ускладнюється рядом технологічних та конструктивних обмежень, яких необхідно дотримуватись. Складання непарних та парних поставів проводиться окремо, що пов'язано з відмінностями в розрахунку витрат ширини напівпоставу на серцевинну і центральну дошки.

Складання поставів проведено за методом повного перебору всіх варіантів. Після реалізації методу повного перебору (з врахуванням обмежень) отримуються всі можливі (допустимі) постави для розкрою пиловочної сировини.

Задача складання однопрохідних (розвальних) поставів (рис. 2) розглядається як одновимірна задача вписування товщин пиломатеріалів з припусками на всихання (, i=1,n) у напівпостав A/2, де А - граничне охоплення діаметра колоди поставом.

Товщини пиломатеріалів (разом з припусками на всихання) розглядаються як відрізки, які необхідно розмістити на проміжку А/2 (або Е1/2 і Е2/2 - для складання двопрохідних поставів). Величина А/2, спочатку позначається як АR (а величини Е1/2 і Е2/2 - ER1 та ER2 відповідно), оскільки після кожного вписування відрізка , величина АR (або ER1 чи ER2) буде зменшуватись на величину . Насамперед проводиться формування варіанту поставу з найбільших відрізків.

Величина поточного відрізка АR, який залишився після вписування всіх можливих попередніх (більших) відрізків, визначається за формулою:

а) непарний постав: ; (8)

б) парний постав:. (9)

де - номер відрізка конкретного розміру (товщини) .

Наступним кроком є проведення перебору всіх відрізків з області [] з метою виявлення найбільшого з них (-го), який можна вписати в поточний відрізок АR, і визначення його кількості за формулою

. (10)

Далі визначається величина поточного відрізка AR, який залишився після вписування -го(-тих) відрізка(-ків) у проміжок А/2 і перевіряється можливість вписування менших відрізків з області [] у відрізок АR. Цикл продовжується до тих пір, коли вже неможливе вписування навіть найменшого відрізка у поточний відрізок АR. В результаті проведених операцій, отримується перший можливий (без врахування обмежень) постав для розкрою колоди заданого діаметру.

Для отримання наступного поставу, який базується на попередньому, кількість відрізків найменшої товщини () прирівнюється до нуля і проводиться пошук найменшого відрізка з області [], повторюваність якого більше нуля. Після знаходження такого відрізка для нього зменшується кількість повторень на одиницю і визначається величина поточного відрізка АR за формулою

, (11)

де - залишок проміжку А/2 з попереднього поставу, який непридатний для вписування відрізків з області [].

Процес вписування відрізків триває доти, поки у поточний відрізок АR стане неможливо вписати будь-який відрізок з області []. Тоді отримується новий варіант поставу. Процес складання поставів проходить циклічно і закінчується тоді, коли в поставі будуть дошки тільки найменшої товщини .

Задачу складання двопрохідних (розвально-сеґментних) поставів (рис. 3) на відміну від задачі складання однопрохідних поставів необхідно розглядати як двовимірну задачу вписування товщин дошок з припусками на всихання (, i=1,n) у напівпостав для 1-го проходу Е1/2, а після цього - у напівпостав для 2-го проходу Е2/2, де Е1 - охоплення поставом діаметра колоди на 1-му проході

, (12)

де - верхня межа діапазону (приймається в залежності від розмірної характеристики пиловочної сировини і пилопродукції, для розвально-сегментного способу - =0,55…0,65).

Механізм методу повного перебору всіх варіантів для двовимірної задачі в загальному вигляді розглядається як механізм методу повного перебору всіх варіантів для одновимірної задачі з врахуванням деяких особливостей: 1) величина ER2 залежить від вибраних товщин пиломатеріалів та їх кількості на 1-му проході, тобто від величини ЕR1, а це впливає на вибір товщин та кількості пиломатеріалів на 2-му проході; 2) товщини пиломатеріалів як для 1-го, так і 2-го проходів вибираються з всієї сформованої множини значень товщин пиломатеріалів (разом з припусками на всихання) [].

Формули для складання двопрохідних поставів ті ж, що і для складання однопрохідних поставів.

Оптимізаційна модель розкрою букової пиловочної сировини на заготовки представлена у вигляді задачі оптимізації. За критерій оптимальності прийнято мінімум витрати сировини на комплект заготовок.

Цільова функція, яка реалізує критерій оптимальності, має вигляд

, (13)

де - об'єм і-тої розмірно-якісної групи пиловочної сировини, розпиляної j-тим способом розкрою колод, q - тим поставом на дошки, які розпилюються k-тим варіантом на заготовки z-го виду; n – кількість груп пиловочної сировини; m – кількість способів розкрою колод; t – кількість поставів, за якими розпилюється пиловочна сировина; p – кількість варіантів розкрою дошок на заготовки; s – кількість видів заготовок.

де - коефіцієнт об'ємного виходу заготовок z-го виду з пиловочної сировини і- тої групи, розпиляної j-тим способом розкрою колод, q - тим поставом на дошки, які розпилюються k -тим варіантом, - об'єм заготовок z-го виду;

Окрім вищенаведених обмежень (14…16), в оптимізаційну модель введено обмеження на кількість товщин дошок в одному поставі та видів заготовок, які випиляні з дошок одного поставу:

4? на кількість товщин дошок в одному поставі

(17)

де , - кількість товщин дошок в одному поставі відповідно: фактична; допустима;

5) на кількість видів заготовок, випилювання яких допускається з дошок одного поставу

(18)

де , - кількість випиляних видів заготовок з дошок одного поставу відповідно: фактична; допустима.

Запропоновані обмеження (17,18) обумовлені необхідністю врахування операції сортування дошок та заготовок і дозволяють забезпечити ефективну роботу лісопиляльно-розкрійного цеху (дільниці).

У третьому розділі викладено методики проведення експериментальних досліджень для встановлення ефективності застосування операції попереднього поздовжнього розкрою дошок та проведення багатофакторного експерименту для встановлення регресійних залежностей коефіцієнта якості від вибраних змінних факторів.

Коефіцієнт якості встановлюється для основної заготовки (найбільшої довжини конкретного перетину). Оскільки в процесі розкрою дошок на заготовки після вирізання вад залишаються бездефектні ділянки, з яких можна випиляти заготовки менших довжин (вільних довжин), то необхідно встановити також регресійні залежності для середньої довжини та кількості бездефектних ділянок .

На основі результатів власних теоретичних досліджень, експериментальних досліджень розмірно-якісної характеристики букової пиловочної сировини і меблевих заготовок, а також проведеного аналізу літературних джерел щодо дослідження впливу різних факторів на вихід заготовок обгрунтовано вибір основних факторів, які впливають на величину коефіцієнта якості , та діапазони їх зміни (табл. 1).

Таблиця 1

Значення діапазонів варіювання змінних факторів

Назва факторів Умовні позначення Одиниці вимірювання Діапазон варіювання

1 2 3 4

Для розвального та 1-го проходу розвально-сеґментного способу розкрою

1.Вершинний діаметр колоди см 24…64

2.Максимальний діаметр сучка на поверхні колоди мм 30…110

3.Діаметр несправжнього ядра см 0…0,6()

4.Відстань від осі поставу до зовнішньої пласті дошки мм 0,12…1,04()

5. Довжина заготовки мм 500…1000

6. Ширина заготовки мм 40…80

Для 2-го проходу розвально-сеґментного способу розкрою

1.Відстань від осі поставу до пласті сеґмента мм 0,12…0,58()

2.Відстань від осі поставу до зовнішньої пласті однобічно-обрізної дошки мм 0,12…0,58()

Значення діапазонів варіювання змінних факторів для 2-го проходу розвально-сеґментного способу розкрою прийняті такими ж як і для розвального та 1-го проходу розвально-сеґментного способу розкрою, окрім значень діапазонів для відстані від осі поставу до пласті сеґмента () і відстані від осі поставу до зовнішньої пласті однобічно-обрізної дошки ().

Для математичного опису коефіцієнта якості, середньої довжини і кількості бездефектних ділянок прийнято регресійну модель у вигляді полінома другого порядку. Для її реалізації використано квазі D- оптимальний план з областю планування на гіперкубі, який для шести факторів (розвальний спосіб та 1-й прохід розвально-сеґментного способу) вимагає проведення 29-ти дослідів, а для семи факторів (2-й прохід розвально-сеґментного способу) – 38 - ми дослідів.

У четвертому розділі встановлено ефективність застосування операції попереднього поздовжнього розкрою необрізних дошок; отримано регресійні залежності коефіцієнта якості , середньої довжини та кількості бездефектних ділянок від вибраних факторів і проведено їх аналіз.

Результати проведених досліджень засвідчили, що застосування операції попереднього поздовжнього розкрою необрізних дошок, які випиляні з колод із несправжнім ядром, є ефективним і дозволяє підвищити вихід заготовок без несправжнього ядра в середньому на 0,5…2 %.

Для розрахунку коефіцієнтів рівнянь регресії застосовано метод Ньютона та підбір параметрів за допомогою процедури пошуку рішень, щоб значення суми квадратів відхилень було мінімальним.

Отримано також регресійні моделі залежностей середньої довжини та кількості бездефектних ділянок від вибраних факторів. На основі застосування статистичного аналізу рівнянь реґресій (за критерієм Фішера) підтверджено, що отримані моделі є адекватними.

Для виявлення відносного впливу конкретного фактора на відгук використано рівняння реґресій у нормалізованих позначеннях факторів. Найбільший вплив на величину коефіцієнта якості мають: діаметр несправжнього ядра, довжина і ширина основної заготовки - для розвального та 1-го проходу розвально-сеґментного способів розкрою; діаметр колоди, ширина основної заготовки, відстань від осі поставу до пласті сегмента і діаметр несправжнього ядра - для 2-го проходу розвально-сеґментного способу розкрою. Зокрема, на рис. 4 наведено графічну залежність величини коефіцієнта якості від діаметра несправжнього ядра та довжини основної заготовки - для розвального та 1-го проходу розвально-сегментного способів розкрою, а на рис. 5 - графічну залежність величини коефіцієнта якості від діаметра колоди та ширини основної заготовки для 2-го проходу розвально-сегментного способу розкрою.

У п'ятому розділі проведено пасивний експеримент для перевірки відповідності результатів виходу заготовок без несправжнього ядра, які отримано аналітично, з реальним виходом таких заготовок у виробничих умовах. Наведено оптимізаційну модель розкрою букової пиловочної сировини на заготовки в явному вигляді. Розроблено програмне забезпечення для рішення задачі оптимізації розкрою букової пиловочної сировини на заготовки і наведено приклад реалізації на ЕОМ задачі оптимізації розкрою.

Загальний коефіцієнт виходу заготовок після підстановки величини коефіцієнта якості , який отриманий за реґресійними залежностями (19, 20), визначається за формулою (4). Оскільки коефіцієнт якості враховує вихід лише основних заготовок, а в процесі розкрою можна також випиляти (з бездефектних ділянок) заготовки вільних довжин, то формулу (4) уточнено

(21)

Значення коефіцієнта виходу заготовок вільних довжин визначається на основі отриманих регресійних залежностей середньої довжини та кількості бездефектних ділянок за методом Рикуніна С.Н.

У лісопиляльно-розкрійному цеху на ВАТ меблевий комбінат "Стрий" (Львівська область) під час виробничого процесу було запаспортизовано всі колоди, які поступили у розкрій, та обліковано отримані з цих колод заготовки без несправжнього ядра. Після проведення пасивного експерименту загальний вихід заготовок без несправжнього ядра визначено аналітично за формулою (21) (розмірно-якісна характеристика колод і заготовок, а також постави прийняті аналогічними експериментальним). Відхилення між дійсними результатами виходу заготовок, які отримані у виробничих умовах, та результатами аналітичного розрахунку визначено за формулою ; вони склали 7,7%. Це дозволило зробити висновок про те, що результати визначені за формулою (21) задовільно враховують виробничі умови, а формулу (21) можна використовувати для прогнозування виходу заготовок.

На прикладі умов роботи лісопиляльно-розкрійного цеху меблевого комбінату "Стрий" проведено перевірку рішення задачі оптимізації розкрою букової пиловочної сировини на меблеві заготовки без несправжнього ядра. Виконані розрахунки засвідчили, що оптимізація плану розкрою букової пиловочної сировини на ЕОМ дозволяє ефективніше використовувати пиловочну сировину. Зокрема, для розглянутого варіанту виробництва заготовок економія сировини склала 7,26% в порівнянні з базовим варіантом (за поставами, які використовуються на виробництві).

У шостому розділі на основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень обгрунтовано вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини із врахуванням несправжнього ядра на заготовки, яке передбачає проведення розкрою колод як з несправжнім ядром, так і без нього на одному потоці розвальним або розвально-сегментним способом та включення операції попереднього поздовжнього розкрою необрізних дошок для вирізання несправжнього ядра або поділу широких дошок (відрізків). Це дозволяє підвищити об'ємний вихід заготовок без несправжнього ядра в середньому на 0,5…2 %.

Вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини із врахуванням несправжнього ядра на заготовки може бути впроваджене у виробництво з незначною модернізацією лісопиляльно-розкрійних потоків. Суть модернізації полягає у встановлені в лісопиляльно-розкрійні потоки однопилкового прирізного верстата для попереднього поздовжнього розкрою широких необрізних дошок або вирізання ділянок без несправжнього ядра для їх подальшого розпилювання на заготовки, а за необхідності також встановлення додаткового колодопиляльного обладнання для реалізації розвально-сегментного способу розкрою колод.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і вирішення важливої науково-технічної задачі вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра та прогнозування специфікаційного виходу цих заготовок. Вирішена науково-технічна задача призначена для підвищення ефективності використання букової пиловочної сировини у виробництві заготовок, в яких несправжнє ядро не допускається.

1. На основі аналізу науково-технічної літератури та технології розкрою твердолистяної пиловочної сировини на пилопродукцію, встановлено, що існуюча на вітчизняних деревообробних підприємствах технологія не враховує специфічної особливості будови деревини бука, зокрема наявності несправжнього ядра, що призводить до утворення великої кількості відходів під час виробництва пилопродукції, в якій несправжнє ядро не допускається, та нераціонального використання букової пиловочної сировини.

2. Для ефективного планування та раціонального розкрою букової пиловочної сировини досліджено розмірно-якісну характеристику букових колод і встановлено закономірності поширення несправжнього ядра в букових колодах. Колоди діаметром від 24 до 64 см складають біля 83 %, а довжиною 3; 6 та 6,5 м – біля 78 % від всіх колод, які поступають на розпилювання. Якісний склад пиловочної сировини є низький - колоди 3 сорту становлять біля 67 % від всіх колод. Основні сортовизначальні вади: сучки, питома вага яких для різних груп діаметрів, коливається в межах від 34,1 до 58,5 %; гнилизна ядрова –до 42,4 %; кривизна – від 2,0 до 42,1 %; тріщини – від 2,3 до 18,1 %; питома вага інших вад є незначною. Встановлено, що понад 77 % букових колод мають несправжнє ядро, причому у близько 8 % колод, діаметр несправжнього ядра у вершинному торці більший ніж у відземковому, а у близько 9 % колод несправжнє ядро виходить лише на один торець.

3. Обгрунтовано способи розкрою пиловочної сировини і дошок для вітчизняних деревообробних підприємств: найбільш реальними і ефективними у виробництві дошок є розвальний та розвально-сеґментний, а заготовок – поперечно-поздовжній (поперечно-поздовжньо-поперечний) способи розкрою.

4. Проведений аналіз факторів, які впливають на вихід заготовок з пиловочної сировини, засвідчив, що аналітично можна визначити значення коефіцієнтів, які враховують відходи або втрати деревини, окрім значення коефіцієнта якості , який враховує відходи деревини через невідповідність якості пиловочної сировини, дошок та заготовок. Для визначення значення коефіцієнта необхідно провести експериментальні дослідження.

5. Отримано математичну модель розкрою колод розвально-сегментним способом. Дана модель дозволяє визначити розміри дошок, з врахуванням їх подальшого розпилювання на заготовки, які випиляні як на 1-му, так і на 2-му проходах розвально-сегментного способу.

6. Розроблено математичну модель для складання і розрахунку поставів з використанням методу повного перебору, яка може застосовуватись не тільки для складання та розрахунку однопрохідних (розвальних) та двопрохідних (розвально-сегментних), а й двопрохідних (брусо-розвальних та брусо-сегментних) поставів.

7. Встановлено регресійні залежності коефіцієнта якості , середньої довжини і кількості бездефектних ділянок від розмірно-якісної характеристики букової пиловочної сировини і заготовок та місцеположення дошки в поставі. Найбільший вплив на величину коефіцієнта якості мають: діаметр несправжнього ядра, довжина і ширина основної заготовки для розвального та 1-го проходу розвально-сеґментного способів розкрою; діаметр колоди, ширина основної заготовки і відстань від осі поставу до пласті сегмента для 2-го проходу розвально-сеґментного способу розкрою.

8. Враховуючи значний вплив несправжнього ядра на вихід заготовок, в яких воно не допускається, а також вимоги закордонних стандартів та технічних умов контрактів і договорів вітчизняних підприємств із закордонними споживачами до наявності несправжнього ядра, вважаємо за доцільне віднести "несправжнє ядро" до сортовизначальної вади букових колод, дошок і заготовок.

9. Розроблено оптимізаційну модель розкрою букової пиловочної сировини на заготовки та алгоритми і пакет комп'ютерних програм для рішення задачі оптимізації розкрою, реалізація яких дозволяє ефективно використовувати дефіцитну букову пиловочну сировину. Для розглянутого в роботі варіанту виробництва заготовок економія сировини склала 7,26 % в порівнянні з базовим варіантом, який використовується на виробництві.

10. Встановлено, що розвально-сегментний спосіб більш ефективний для розкрою колод великих діаметрів (більше 30 см), а розвальний – для розкрою колод середніх та малих діаметрів. Визначити межу ефективності застосування розвального або розвально-сегментного способу розкрою складно, дану задачу необхідно вирішувати локально (для конкретних умов).

11. Запропоновано вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини із врахуванням несправжнього ядра на заготовки, яке передбачає проведення розкрою колод як з несправжнім ядром, так і без нього на одному потоці розвальним або розвально-сегментним способом та включення додаткової операції попереднього поздовжнього розкрою необрізних дошок з метою вирізання несправжнього ядра або поділу широких дошок (відрізків). Це дозволяє підвищити об'ємний вихід заготовок без несправжнього ядра в середньому на 0,5…2 %.

Результати досліджень використано для вдосконалення технологічного процесу розкрою твердолистяної пиловочної сировини на заготовки високої якості на Клеваньській ДОФ ДЛГО "Рівнеліс". Очікуваний річний економічний ефект від вдосконалення технологічного процесу становитиме 19295 грн.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Маєвський В.О. Обгрунтування сортування пиловочних колод // Науковий вісник. Збірник науково-технічних праць. Львів, УкрДЛТУ. - 1998. - Вип. 8.1. - С.165-168.

2. Маєвський В.О., Мацюк Р.І., Маслій В.В. Теоретичні основи розкрою колод розвально-сегментним способом // Науковий вісник. Збірник науково-технічних праць. Львів, УкрДЛТУ. - 1998. - Вип.8. - С.116-121.

3. Мацюк Р.І., Маслій В.В., Маєвський В.О. Організація лісопильно-розкрійних потоків // Науковий вісник. Збірник науково-технічних праць. Львів, УкрДЛТУ. - 1997. - Вип. 6.0. - С. 231-233.

4. Мацюк Р.І., Маєвський В.О. Математична модель задачі оптимізації розкрою букових колод на заготовки// Науковий вісник. Збірник науково-технічних праць. Львів, УкрДЛТУ. - 1998. - Вип. 9.4. - С. 311-314.

5. Мацюк Р.І., Маєвський В.О. До обгрунтування технології виробництва високоякісних заготовок з букової пиловочної сировини // Науковий вісник. Збірник науково-технічних праць. Проблеми деревообробки на рубежі XXI століття: наука, освіта, технології. Львів, Престиж Інформ - 1999. - Вип. 9.5. - С.72-77.

6. Маєвський В.О., Дорожовський Є.С. Алгоритм складання та розрахунку поставів для розвально-сегментного способу розкрою колод // Науковий вісник. Збірник науково-технічних праць. Львів, УкрДЛТУ. - 1998. - Вип. 8.1. - С.81-86.

7. Маевский В.О., Мацюк Р.И. Раскрой крупномерного пиловочного сырья на заготовки // Материалы международной научно-технической конференции "Лес – экология и ресурсы". – Минск: МЛХРБ, ГКНиТ, БГТУ. – 1998. – С. 220–222.

8. Маевский В.О., Мацюк Р.И. Методика составления поставов при однопроходных и двухпроходных способах раскроя // Материалы международной научно-технической конференции "Лес – 2000". Актуальные проблемы лесного комплекса. – Брянск: БГИТА. – 2000. – С. 70–72.

Анотація

Маєвський В.О. Вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини на пилопродукцію. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.07 – машини та процеси лісівничого комплексу. – Український державний лісотехнічний університет, Львів, 2000.

Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра та прогнозуванню специфікаційного виходу цих заготовок. В роботі розроблені математична модель розкрою колод розвально-сегментним способом з врахуванням подальшого розпилювання отриманих дошок на заготовки та математична модель складання і розрахунку поставів для однопрохідних та двопрохідних способів розкрою. Отримано регресійні моделі для встановлення коефіцієнта якості, середньої довжини та кількості бездефектних ділянок. Запропоновано вдосконалення технології розкрою букової пиловочної сировини на заготовки без несправжнього ядра, ефективність якого обгрунтована аналітично і підтверджена практично.

Ключові слова: бук, пиловочна сировина, заготовка, несправжнє ядро, розкрій, вихід, оптимізація, технологія.

Summary

Mayevs'kyj V.O. Perfecting of sawing technology of beech raw materials on sawn wood. - Manuscript.

Dissertation is submitted for candidate degree of technical sciences on speciality 05.05.07. - machines and processes of forest complex. Ukrainian state university of forestry and wood technology, Lviv, 2000.

Dissertation is dedicated to solution of the scientific and technical task of sawing technology perfection of beech raw materials on planks without of unreal core and to effective prognostication of specifically yield of these planks. The mathematical model of logs sawing by tumbledown-segment method with taking into account subsequent sawing of got sawn timbers on planks and mathematical model of setting and computation of sets of saws for one- and twopass methods of sawing have been developed in this work. Regressive models for quality factor, medium length and quantity of flawless sections computation have been obtained. Improvement of sawing technology of beech log sawing on planks without unreal core, effectiveness of which has been proved both analytically and practically, has been suggested.

Keywords: beech, raw materials, plank, unreal core, sawing, yield, optimization, technology.

Аннотация

Маевский В.О. Усовершенствование технологии раскроя букового пиловочного сырья на пилопродукцию. – Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.07 – машины и процессы лесного комплекса. – Украинский государственный лесотехнический университет, Львов, 2000.

Диссертация посвящена решению научно-технической задачи совершенствования технологии раскроя букового пиловочного сырья на заготовки без ложного ядра и прогнозированию спецификационного выхода этих заготовок.

Существующая на лесопильно-деревообрабатывающих предприятиях Украины технология раскроя твердолиственного пиловочного сырья на пилопродукцию не учитывает специфической особенности строения древесины бука, в частности наличия ложного ядра, что приводит к большому количеству отходов при его вырезании, и нерациональному использованию букового пиловочного сырья. В работе проведены экспериментальные исследования размерно-качественной характеристики букового пиловочного сырья, особое внимание уделено исследованию наличия, размеров и характера распространения ложного ядра.

Анализ факторов, влияющих на выход заготовок из пиловочного сырья, показал, что аналитически можно определить значение коэффициентов, учитывающих отходы или потери древесины, кроме коэффициента качества, который учитывает отходы древесины через несоответствие качества пиловочного сырья, пиломатериалов и заготовок. Для его определения проведен многофакторный эксперимент, в результате которого установлены регрессионные зависимости коэффициента качества от выбранных переменных факторов. Коэффициент качества установлен для основной заготовки (наибольшей длины конкретного сечения). Но, учитывая, что в процессе раскроя пиломатериалов на заготовки после вырезки пороков остаются бездефектные участки, из которых можно выпилить заготовки меньшей длины, то